Im Allgemeinen sollten hochtonerdehaltige Steine nicht in Öfen mit alkalischer Atmosphäre verwendet werden. Da alkalische und saure Medien auch Chlor enthalten, dringt dieses in Form eines Konzentrationsgradienten in die tieferen Schichten der hochtonerdehaltigen Steine ein und führt so zum Einsturz der feuerfesten Steine.
Der hochaluminiumhaltige Ziegel weist nach der Erosion durch die alkalische Atmosphäre horizontale Risse auf. Die Erosion entsteht durch Brennstoffgrau, Verbrennungsgase und alkalische Bestandteile anderer Produkte. Diese Bestandteile reagieren mit der Glasphase und dem Mullitgestein im hochaluminiumhaltigen Ziegel.
Hochaluminiumhaltige Ziegel, die alkalisch korrodiert sind, bilden sich an der Oberfläche. Verbrennungsgase erzeugen zudem Nitrat, das sich in den Spalten der Ziegel ablagert. Die Reaktion der entstehenden Ausscheidungen führt zur Bildung einer komplexen neuen Phase. Beim Kontakt mit wasserfreien Nitrilen reagiert das Material gegen Verdampfung, was zum Brechen oder Zerfallen der Ziegel führen kann. Auch thermische Korrosion ist für feuerfeste Ziegel sehr gravierend. Sie führt zur Erosion von Quarz, Kieselsäure und Quarz. Die Verwendung von Feuerfestziegeln ist daher deutlich problematischer als die von kalten Ziegeln.
Die Schäden an den Siliziumdioxid-Steinen sind ebenfalls sehr gravierend. Das Siliziumdioxid löst sich in der flüssigen Phase der hochaluminiumhaltigen Steine. Das Schmelzen von Siliciumdioxid und niedrigschmelzenden Siliziumgesteinen führt zur Bildung einer großen Menge flüssiger Phase. Je höher der Siliziumdioxidgehalt im Stein ist, desto größer ist auch die Menge der flüssigen Phase. Überschüssige flüssige Phasen verformen die hochaluminiumhaltigen Steine. Auch das Siliziumdioxid selbst schädigt die Steine. Durch den Verbrauch des freien Siliziumdioxids wird die Mo-Lai-Shi-Phase erodiert. Die Reaktion von Siliciumdioxid und Mullitgestein kann anschließend zu einer zerstörerischen Ausdehnung der hochaluminiumhaltigen Steine führen.
Hochaluminiumsteine weisen eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen und Abrieb auf. Sie werden häufig zur Auskleidung verschiedener Industrieöfen wie Hochöfen, Heißluftöfen und Drehrohröfen eingesetzt. In Industrieöfen mit alkalischer Atmosphäre ist ihr Einsatz jedoch begrenzt.
Die chemischen Eigenschaften von hochtonerdehaltigen Ziegeln verleihen ihnen Beständigkeit gegenüber sauren Umgebungen. In stark alkalischen Umgebungen, wie beispielsweise Zementöfen oder Glasöfen, reagieren sie jedoch mit Alkalimetalloxiden, was zu Rissen und Zerfall führt. Die Reaktion zwischen den Al₂O₃-Ziegeln und den Alkalimetalloxiden resultiert üblicherweise in der Bildung eines Alkalialuminosilicatgels mit niedrigem Schmelzpunkt, das leicht durch die Risse fließen kann.
Zur Lösung dieses Problems wurden verschiedene Strategien angewendet, um die Beständigkeit von hochtonerdehaltigen Ziegeln gegenüber alkalischen Umgebungen zu verbessern. Eine Möglichkeit besteht darin, den Ziegeln Magnesiumoxid oder Spinell zuzusetzen. Das Magnesiumoxid bzw. der Spinell reagiert mit den Alkalimetalloxiden und bildet stabile Spinellphasen, wodurch die Beständigkeit der Al₂O₃-Ziegel gegenüber durch Alkalireaktionen verursachten Rissen erhöht wird. Eine weitere Möglichkeit ist das Aufbringen einer Schutzschicht auf die Oberfläche der hochtonerdehaltigen Ziegel, um den direkten Kontakt mit der alkalischen Umgebung zu verhindern.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass hochaluminiumhaltige Ziegel nur begrenzt für die Auskleidung von Industrieöfen in alkalischen Umgebungen geeignet sind. Um die Beständigkeit von Al₂O₃-Ziegeln in alkalischen Umgebungen zu verbessern, ist die Zugabe bestimmter Mineralien oder Beschichtungen erforderlich, um schädliche Reaktionen mit Alkalimetalloxiden zu vermeiden. Die Wahl des richtigen Materials für die Auskleidung von Industrieöfen ist entscheidend, um potenzielle Gefahren zu minimieren und Kosten zu sparen.
Veröffentlichungsdatum: 19. Mai 2023
